(57)【要約】  【課題】  へきかいにより発生するダメージが光電変換部に及びにくいと共に、光信号を基板側から斜めに入射させて使用する場合でも半導体層側から斜めまたは平行に入射させて使用する場合と同程度に効率的に光信号を入射させることが可能な半導体受光素子を提供すること。  【解決手段】  半導体基板１上に、ｎ−ＩｎＰ層２、ｉ−ＩｎＧａＡｓ（光吸収層）３およびｐ−ＩｎＰ層４からなる光電変換部５が形成され、光信号１１が光電変換部５の端面側から入射する端面入射型の半導体受光素子１００において、光電変換部５の端面は、エッチングによって半導体基板１の表面にほぼ垂直に形成され、光信号１１を受光する受光面１２を有し、半導体基板１または半導体層は、光電変換部５の受光面１２よりも外側に位置する傾斜テラス部１３と、光電変換部５の受光面１２と傾斜テラス部１３との間に位置する水平テラス部１４とを備えた構成を有している。【選択図】  図１
2005353661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１）上に光吸収層（３）を含む複数の半導体層からなる光電変換部（５）が形成され、光信号（１１）が前記光電変換部の端面側から入射する端面入射型の半導体受光素子（１００）において、
前記光電変換部の端面は、エッチングによって前記半導体基板の表面にほぼ垂直に形成され、前記光信号を受光する受光面を有し、前記光電変換部の端面よりも外側に位置する前記半導体基板または前記半導体基板上の前記半導体層は、前記光電変換部の受光面よりも外側に位置する傾斜テラス部（１３）と、前記光電変換部の受光面と前記傾斜テラス部との間に位置する水平テラス部（１４）とを有することを特徴とする半導体受光素子。
【請求項２】
前記傾斜テラス部の前記光電変換部側の辺から前記光電変換部の受光面までの距離である前記水平テラス部の幅をＣとし、前記水平テラス部の表面から前記光吸収層の基板側の界面までの距離をＤとし、前記受光面に垂直な軸よりも前記半導体基板よりの角度から入射する前記光信号の進行方向と前記受光面に垂直な軸とがなす角を入射角αとし、前記傾斜テラス部の面と前記受光面に垂直な軸とがなす角を傾斜角βとしたとき、前記入射角αが前記傾斜角β以下であり、前記水平テラスの幅Ｃが、Ｃ≦Ｄ／ｔａｎαの関係を満たすようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体受光素子。
【請求項３】
前記半導体受光素子は、少なくとも前記光電変換部の端面を覆う保護膜（７）を有し、前記保護膜が前記受光面において、前記光信号に対して低反射膜として機能するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体受光素子。
【請求項４】
前記受光面における前記保護膜の平均の厚さをｄとし、前記受光面における前記保護膜の屈折率をｎとし、前記光信号の波長をλとし、前記保護膜を伝搬する光と前記受光面に垂直な軸とがなす角度θをａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎα／ｎ）としたとき、前記受光面における前記保護膜の平均の厚さｄがλ／（４ｎｃｏｓθ）近傍の厚さであって、前記受光面における前記保護膜が前記低反射膜として機能する厚さにしたことを特徴とする請求項３に記載の半導体受光素子。
【請求項５】
前記保護膜は、少なくとも前記光電変換部の端面を覆い、前記傾斜テラス部上の領域を覆わないように形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体受光素子。
【請求項６】
前記光電変換部は、ｐｎ接合を有し、前記ｐｎ接合が前記光電変換部の端面に及ばないようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体受光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体受光素子に関し、特に、光通信ネットワーク等で光信号を電気信号に変換するための半導体受光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信用の半導体受光素子として、導波路型の半導体受光素子（以下、導波路型半導体受光素子という。）の研究開発および実用化が促進されてきた。これは、導波路型半導体受光素子が、端面から光信号を入射させる方式の半導体受光素子であり、半導体層に垂直な方向から光信号を入射させる面入射型の半導体受光素子よりも高速な信号応答性と高い光電変換効率を両立させやすいことによるものである。
【０００３】
近年、図８に示す断面構造を有する導波路型半導体受光素子８００が開示された（例えば、特許文献１参照。）。導波路型半導体受光素子８００は、半絶縁性ＩｎＰ基板８１上に、ｎ+−ＩｎＰバッファ層８２、ｎ+−ＩｎＧａＡｓＰ中間屈折率層８３、光吸収層８４、ｐ+−ＩｎＧａＡｓＰバンド不連続緩和層８５、ｐ+−ＩｎＰクラッド層８６、および、ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層８７が順に積層された層構造を有する。
【０００４】
また、導波路型半導体受光素子８００は、ウェットエッチングにより順メサ構造のＶ溝が形成され、このＶ溝の一方の面が受光面とされ、Ｖ溝の底を利用してへきかいが行われて素子分離される構造となっている。受光面から入射された光信号は、光吸収層８４を伝播しながら吸収され、電気信号に変換されて電極８８、８９を介して出力される。
【特許文献１】特開平１１−６８１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような従来のＶ溝を形成する半導体受光素子では、ウェットエッチングによって形成されたＶ溝を利用して受光面とへきかい面が形成され、受光面とへきかい面とを隔てて形成することができないため、素子分離のへきかいにより発生するダメージが半導体受光素子の光信号を電気信号に変換する部分（以下、光電変換部という。）に及ぶことがあるという問題があった。また、光信号を半導体基板側から斜めに入射させる場合は、光信号が受光面に鋭角に入射することになるため、半導体層側から斜めに入射させる場合や半導体層と平行に入射させる場合に比して光信号が反射されやすく、かつ、受光面における入射光のスポットサイズが大きくなり、単位面積あたりの光パワーが低くなり、効率的に入射されないという問題があった。
【０００６】
また、Ｖ溝を形成しない従来の半導体受光素子では、素子分離のへきかいの位置精度が低く光電変換部端面付近でへきかいされることがあり、へきかいにより発生するダメージが半導体受光素子の光電変換部に及ぶことが多いという問題があった。そして、へきかいの位置を光電変換部から十分離しダメージを回避する構成の場合は、光信号が半導体基板に遮られるため、光信号を半導体基板側から斜めに入射させる用途には用いることができないという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、従来の導波路型半導体受光素子よりも、へきかいにより発生するダメージが光電変換部に及びにくいと共に、光信号を基板側から斜めに入射させて使用する場合でも半導体層側から斜めに入射させて使用する場合や半導体層に平行に入射させて使用する場合と同程度に効率的に光信号を入射させることが可能な半導体受光素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の点を考慮して、請求項１に係る発明は、半導体基板上に光吸収層を含む複数の半導体層からなる光電変換部が形成され、光信号が前記光電変換部の端面側から入射する端面入射型の半導体受光素子において、前記光電変換部の端面は、エッチングによって前記半導体基板の表面にほぼ垂直に形成され、前記光信号を受光する受光面を有し、前記光電変換部の端面よりも外側に位置する前記半導体基板または前記半導体基板上の前記半導体層は、前記光電変換部の受光面よりも外側に位置する傾斜テラス部と、前記光電変換部の受光面と前記傾斜テラス部との間に位置する水平テラス部とを備えた構成を有している。
【０００９】
この構成により、光電変換部の端面がエッチングにより半導体基板の表面にほぼ垂直に形成され、へきかい位置が受光面から水平テラス部と傾斜テラス部とを隔てた位置に設けられるため、従来の導波路型半導体受光素子よりも、へきかいにより発生するダメージが光電変換部に及びにくいと共に、光信号を基板側から斜めに入射させて使用する場合でも半導体層側から斜めに入射させて使用する場合や半導体層に平行に入射させて使用する場合と同程度に効率的に光信号を入射させることが可能な半導体受光素子を実現することができる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記傾斜テラス部の前記光電変換部側の辺から前記光電変換部の受光面までの距離である前記水平テラス部の幅をＣとし、前記水平テラス部の表面から前記光吸収層の基板側の界面までの距離をＤとし、前記受光面に垂直な軸よりも前記半導体基板よりの角度から入射する前記光信号の進行方向と前記受光面に垂直な軸とがなす角を入射角αとし、前記傾斜テラス部の面と前記受光面に垂直な軸とがなす角を傾斜角βとしたとき、前記入射角αが前記傾斜角β以下であり、前記水平テラスの幅Ｃが、Ｃ≦Ｄ／ｔａｎαの関係を満たすようにした構成を有している。
【００１１】
この構成により、請求項１の効果に加え、入射角αが傾斜角β以下であり、水平テラスの幅ＣがＣ≦Ｄ／ｔａｎαの関係を満たすため、上記の受光面となる領域を光電変換部の端面中に適切に確保することが可能な半導体受光素子を実現することができる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、前記半導体受光素子が、少なくとも前記光電変換部の端面を覆う保護膜８を有し、前記保護膜が前記受光面において、前記光信号に対して低反射膜として機能するようにした構成を有している。
【００１３】
この構成により、請求項１または請求項２の効果に加え、低反射膜を兼ねるように保護膜を形成するため、別途低反射膜を形成する工程を省くことが可能な半導体受光素子を実現することができる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、請求項３において、前記受光面における前記保護膜の平均の厚さをｄとし、前記受光面における前記保護膜の屈折率をｎとし、前記光信号の波長をλとし、前記保護膜を伝搬する光と前記受光面に垂直な軸とがなす角度θをａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎα／ｎ）としたとき、前記受光面における前記保護膜の平均の厚さｄがλ／（４ｎｃｏｓθ）近傍の厚さであって、前記受光面における前記保護膜が前記低反射膜として機能する厚さにした構成を有している。
【００１５】
この構成により、請求項３の効果に加え、受光面における保護膜の平均の厚さｄがλ／（４ｎｃｏｓθ）近傍の厚さであって、受光面における保護膜が低反射膜として機能する厚さにしたため、適切な反射率を達成することが可能な半導体受光素子を実現することができる。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、請求項３または請求項４において、前記保護膜が、少なくとも前記光電変換部の端面を覆い、前記傾斜テラス部上の領域を覆わないように形成されている構成を有している。
【００１７】
この構成により、請求項３または請求項４の効果に加え、保護膜が傾斜テラス部上の領域を覆わないように形成されているため、この保護膜を、傾斜テラス部を化学エッチングで形成するときのマスクとすることができ、マスク形成工程を省略することが可能な半導体受光素子を実現することができる。
【００１８】
また、請求項６に係る発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記光電変換部は、ｐｎ接合を有し、前記ｐｎ接合が前記光電変換部の端面に及ばない構成を有している。
【００１９】
この構成により、請求項１ないし請求項５のいずれか１項の効果に加え、光電変換部中のｐｎ接合が光電変換部の端面に及ばないため、光電変換部の端面近傍の欠陥により発生する暗電流を低減することが可能な半導体受光素子を実現することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、光電変換部の端面がエッチングにより半導体基板の表面にほぼ垂直に形成され、へきかい位置が受光面から水平テラス部と傾斜テラス部とを隔てた位置に設けられるため、従来の導波路型半導体受光素子よりも、へきかいにより発生するダメージが光電変換部に及びにくいと共に、光信号を基板側から斜めに入射させて使用する場合でも半導体層側から斜めに入射させて使用する場合や半導体層に平行に入射させて使用する場合と同程度に効率的に光信号を入射させることができるという効果を有する半導体受光素子を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、ＰＩＮ構造を有する端面入射型の半導体受光素子を例にとり、図面を用いて説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体受光素子の概略の構造を示す断面図である。図１において、半導体受光素子１００は、ｎ−ＩｎＰからなる半導体基板１の（１００）面の上に、ｎ−ＩｎＰ層２、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層３、および、ｐ−ＩｎＰ層４が、この順番に積層された層構成を有する。ここで、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層３は入射した光信号１１が吸収される半導体層であり、光吸収層と称される。
【００２３】
半導体基板１、半導体層２〜４の表面上には、保護膜７が形成されている。なお、半導体層４上の保護膜７には、ｐ電極６とｐ−ＩｎＰ層４との電気的接触を確保するためにコンタクトホールが形成されている。ｐ電極６とｐ−ＩｎＰ層４との間に、例えばｎ＋−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層を設け、良好な電気的接触を確保するようになっているのでもよい。また、半導体層２〜４が形成された面と反対側の半導体基板１の面には、ｎ電極８が形成されている。
【００２４】
以下、ｎ−ＩｎＰ層２、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層（光吸収層）３、および、ｐ−ＩｎＰ層４からなる半導体層を光電変換部５という。ここで、光電変換部５の端面は、半導体基板１の表面（以下、基板面という。）にほぼ垂直に形成され、光信号１１を受光する受光面１２を有する。受光面１２は、光信号を光電変換部５に適切に入射させるための端面の領域である（図１参照）。半導体基板１は、光電変換部５の受光面よりも外側に傾斜テラス部１３と、光電変換部５の受光面１２と傾斜テラス部１３との間に水平テラス部１４とが形成されている。
【００２５】
ここで、図１に示すように、光信号１１は、受光面１２に垂直な軸よりも半導体基板１寄りの角度で入射するものとする。したがって、受光面１２に垂直な軸は、ほぼ基板面とほぼ水平になっている。また、光信号１１の進行方向と受光面１２に垂直な軸とがなす角をα（以下、入射角という。）とし、傾斜テラス部１３が基板面となす角をβ（以下、傾斜角という。）とする（図１参照）。
【００２６】
傾斜テラス部１３の光電変換部５側の辺から光電変換部５の受光面１２までの距離である水平テラス部１４の幅をＣとし、水平テラス部１４の表面からｉ−ＩｎＧａＡｓ層（光吸収層）３の半導体基板１側の界面までの距離をＤとする（図１参照）。
【００２７】
以下では、この距離Ｄがｎ−ＩｎＰ層２の層厚に等しいものとして説明する。ここで、光信号１１の入射角αは傾斜テラス部１３の傾斜角β以下であり、水平テラス部１４の幅Ｃ、ｎ−ＩｎＰ層２の層厚Ｄ、および、光信号１１の入射角αとの間には、Ｃ≦Ｄ／ｔａｎα、の関係が成り立つものとする。
【００２８】
各層２〜４用の半導体膜（以下、エピタキシャル膜という。）は、例えば、ＭＯＶＰＥ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）等の技術を用いて形成される。また、ｎ型の不純物として、例えば、Ｓｎ、Ｓ等を用い、ｐ型の不純物として、例えば、Ｚｎ等を用いるのでもよい。
【００２９】
各層２〜４用のエピタキシャル膜の厚さは、半導体基板１側からｐ−ＩｎＰ層４に向かって、それぞれ、例えば、０．５〜１μｍ、０．５〜４μｍ、および、０．５〜２μｍとする。また、ｎ−ＩｎＰ層２、および、ｐ−ＩｎＰ層４用のエピタキシャル膜の不純物濃度は、例えば、５×１０１７〜１×１０１８（ｃｍ−３）の範囲内のいずれかとする。なお、これらの膜厚および不純物濃度の値は、一例であり、これらに限定されるものではない。
【００３０】
次に、受光面の形成、素子分離等について図２および図３を用いて説明する。図２および図３は、受光面の形成、素子分離等について説明するための工程図である。図２および図３に示す断面図は、（０−１１）面を断面とする図である。以下では、（０１１）面が受光面１２となるように光電変換部５を形成するものとする。ここで、上記のｐ電極６は、光電変換部５の端面近傍の領域を除いた光電変換部５の表面に形成され、（０１１）面が受光面１２となるように形成されているものとする。
【００３１】
まず、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の技術を用いてｐ−ＩｎＰ層４用のエピタキシャル膜Ｌ４の表面にＳｉＯ２またはＳｉＮｘの膜を堆積し、フォトリソグラフィ技術を用いて光電変換部５を形成するためのマスク２１を形成する（図２（ａ）参照）。ここで、マスク２１の形状は、１つの辺が[０−１１]軸方向にほぼ平行な矩形とする。
【００３２】
ただし、マスク２１の形状は、この矩形には限られず、多角形や、扇形、その他の形状でもよい。次に、マスク２１を用いてドライエッチングを行い、ｎ−ＩｎＰ層２、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層３およびｐ−ＩｎＰ層４用のエピタキシャル膜Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を除去し、光電変換部５を形成する（図２（ｂ）参照）。
【００３３】
光電変換部５が形成されたら、マスク２１を除去する（図２（ｃ）参照）と共に、保護膜用にＳｉＮｘ、ＳｉＯ２等の膜（以下、パッシベーション膜という。）２２を堆積する（図２（ｄ）参照）。このパッシベーション膜２２は、受光面１２において、いわゆる低反射（Ｌｏｗ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ。以下、ＬＲという。）膜となるように形成するものとする。すなわち、堆積の際に、パッシベーション膜２２が受光面１２にまわり込むように堆積される。
【００３４】
パッシベーション膜２２は、受光面１２においてＬＲ膜として機能するために、受光面１２における膜厚ｄが、ｄ＝λ／（４ｎｃｏｓθ）程度の膜厚であって、反射率が１０％程度以下となるいずれかの膜厚に決定される。ここで、記号ｎはパッシベーション膜２２用の材料の屈折率であり、記号λは光信号の波長であり、記号θはパッシベーション膜２２を伝搬する光と受光面１２に垂直な軸とがなす角度であり、ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎα／ｎ）である。パッシベーション膜２２用の材料としては、上記のようにＳｉＮｘ、ＳｉＯ２等を用いることができるが、他の材料を用いるのでも、これらの材料からなる多層膜とするのでもよい。また、パッシベーション膜２２は、電子ビーム蒸着等の蒸着、その他の成膜方法によって形成するのでもよい。
【００３５】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、ｐ電極６とｐ−ＩｎＰ層４との電気的接触を確保するためにコンタクトホール、および、[０１１]方向に隣り合う半導体受光素子間を分離するウェットエッチング用のマスク（以下、素子分離用マスクという。）を形成する（図２（ｅ）参照）。素子分離用マスクは、保護膜７をマスクとして用いるものであるため、以下では、素子分離用マスク（保護膜７）と記す。
【００３６】
ここで、素子分離用マスク（保護膜７）の開口部、すなわち、半導体基板１上に堆積されたパッシベーション膜２２の開口部を利用してウェットエッチングすることによって、傾斜テラス部１３が得られる形状を有する。ただし、素子分離用マスクの形状は、ウェットエッチングにより傾斜テラス部１３が得られるものであればよく、縞状や島状の形状であっても、その他の形状であってもよい。
【００３７】
図２（ｅ）に示す工程が完了した後、フォトリソグラフィ技術を用いて、コンタクトホールを介してｐ−ＩｎＰ層４と電気的に接触するようにｐ電極６を形成する（図２（ｆ）参照）。ｐ電極６を形成した後、レジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて、ｐ電極６を覆うようにレジスト膜（以下、保護用レジスト膜という。）２３を残す（図３（ｇ）参照）。この保護用レジスト膜２３は、上記の順メサ構造の溝を形成する際のエッチングによる侵食からｐ電極６を保護するためのものである。
【００３８】
保護用レジスト膜２３を形成した後、塩酸・リン酸系やＢｒ・メタノール系等の溶液をエッチャントとし、素子分離用マスクを用いてウェットエッチングを行い、順メサ構造を形成する（図３（ｈ）参照）。ここで、上記のエッチャントは、必ずしもこれらの溶液に限られるものではなく、順メサを形成できるものであればその他の溶液であってもよい。上記のエッチングで得られた順メサの部分が傾斜テラス部１３である。
【００３９】
隣り合う半導体受光素子間を分離する順メサ（傾斜テラス部１３）が形成されたら、保護用レジスト膜を除去する（図３（ｉ）参照）。次に、半導体基板１における光電変換部５が形成されていない面（以下、裏面という。）の研磨を行い（図３（ｊ）参照）、研磨後の裏面上にｎ電極８を形成する（図３（ｋ）参照）。ｎ電極８は、例えば、ＡｕＧｅＮｉ合金からなるのでもよい。なお、ｎ電極８の形成は、必ずしもこの順番に行われる必要はなく、他の工程に先立って行われるのでも、その他の順番で行われるのでもよい。また、必要であれば、アロイ工程を含んでもよい。
【００４０】
[０１１]方向に隣り合う半導体受光素子間の分離は、図３（ｋ）に示すへきかい位置、すなわち、順メサの溝が最も深くなっている位置でへきかいすることによって行うことができる。なお、上記では、傾斜テラス部１３上にパッシベーション膜２２が堆積されていない半導体受光素子１００の製作工程について説明したが、以下に、図４および図５を用いて傾斜テラス部１３上にパッシベーション膜２２が堆積されている半導体受光素子１００の製作工程について説明する。
【００４１】
図４（ａ）〜（ｄ）に示す工程は、図２（ａ）〜（ｄ）に示す工程と同様であり、その説明を省略する。パッシベーション膜２２が形成されたら、レジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ技術を用いて、素子分離用マスクを形成するためのレジストパターン２４を形成する（図４（ｅ'）参照）。次に、レジストパターン２４をマスクとしてエッチングし、素子分離用マスク２５を形成する（図４（ｆ'）参照）。
【００４２】
素子分離用マスク２５を形成した後、塩酸・リン酸系やＢｒ・メタノール系等の溶液をエッチャントとし、素子分離用マスク２５を用いてウェットエッチングを行い、順メサ構造を形成する（図５（ｇ'）参照）。これによって、傾斜テラス部１３が形成される。傾斜テラス部１３が形成されたら、レジストパターン２４および素子分離用マスク２５を除去する（図５（ｈ'）参照）。
【００４３】
次に、パッシベーション膜２６を堆積し（図５（ｉ'）参照）、フォトリソグラフィ技術を用いて、コンタクトホールを形成する（図５（ｊ'）参照）。これによって、保護膜７'が形成される。コンタクトホールを形成したら、フォトリソグラフィ技術を用いて、コンタクトホールを介してｐ−ＩｎＰ層４と電気的に接触するようにｐ電極６を形成する（図５（ｋ'）参照）。
【００４４】
ｐ電極６を形成した後、半導体基板１の裏面の研磨を行い、研磨後の裏面上にｎ電極８を形成する（図５（ｌ'）参照）。なお、ｎ電極８の形成は、必ずしもこの順番に行われる必要はなく、他の工程に先立って行われるのでも、その他の順番で行われるのでもよい。また、必要であれば、アロイ工程を含んでもよい。
【００４５】
従来、ＬＲ膜の作製は、光電変換部が形成されたウェーハをへきかいして半導体受光素子アレイを作製し、この半導体受光素子アレイの光入射端面に電子ビーム蒸着法を用いてＬＲ膜を形成していた。ＬＲ膜形成後、半導体受光素子アレイをへきかいして半導体受光素子を素子分離していた。そのため、半導体受光素子を破損する可能性が増大すること、光信号が入射する端面を汚してしまう可能性が増大すること、これらの工程に要する治具が必要になること、工程の遂行に手間取ること等、重大な問題が生じていた。上記のように、ＬＲ膜を兼ねた保護膜を形成することによって、係る問題を回避することが可能となる。
【００４６】
また、受光面１２を半導体基板１に垂直に形成したため、光信号１１を半導体基板１側から斜めに入射させる場合でも、半導体層側から斜めに入射させる場合や半導体層に平行に入射させて使用する場合と同程度に効率的に光信号１１が入射される。さらに、傾斜テラス部１３を設けて光信号１１が半導体基板１に遮られないようにしたため、光信号１１を半導体基板１側から斜めに入射させる用途にも用いることができる。
【００４７】
さらに、本発明の出願人と同一の出願人に係る発明である特開２００４−５５６２０号公報に開示された半導体受光素子の構造を採用することによって、半導体層側から斜めに入射させる場合、および、半導体層と平行に入射させる場合より、高効率で光信号を入射させることができる。
【００４８】
以下、本発明の第１の実施の形態に係る半導体受光素子１００の動作について説明する。まず、受光面１２を経由して光電変換部５に入射した光信号１１は、導波路を形成する光電変換部５内を伝播しながらｉ−ＩｎＧａＡｓ層（光吸収層）３で吸収され、電子正孔対を生成する。ｉ−ＩｎＧａＡｓ層（光吸収層）３内で生成された電子正孔対のうち、正孔はｐ電極６の方向に移動し、電子はｎ電極８の方向に移動し、それぞれ電気信号として検出される。
【００４９】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る半導体受光素子は、光電変換部の端面がエッチングにより半導体基板の表面にほぼ垂直に形成され、へきかい位置が受光面から水平テラス部と傾斜テラス部とを隔てた位置に設けられるため、従来の導波路型半導体受光素子よりも、へきかいにより発生するダメージが光電変換部に及びにくいと共に、光信号を基板側から斜めに入射させて使用する場合でも半導体層側から斜めに入射させて使用する場合や半導体層に平行に入射させて使用する場合と同程度に効率的に光信号を入射させることができる。
【００５０】
また、入射角αが傾斜角β以下であり、水平テラスの幅ＣがＣ≦Ｄ／ｔａｎαの関係を満たすため、上記の受光面となる領域を光電変換部の端面中に適切に確保することができる。
【００５１】
また、低反射膜を兼ねるように保護膜を形成するため、別途低反射膜を形成する工程を省くことができ、半導体受光素子を破損する可能性が増大するという問題、光信号が入射する端面を汚してしまう可能性が増大するという問題等を回避することができる。
【００５２】
また、受光面における保護膜の平均の厚さｄがλ／（４ｎｃｏｓθ）近傍の厚さであって、受光面における保護膜が低反射膜として機能する厚さにしたため、適切な反射率を達成できる。
【００５３】
また、保護膜が傾斜テラス部上の領域を覆わないように形成されているため、この保護膜を、傾斜テラス部を化学エッチングで形成するときのマスクとすることができ、マスク形成工程を省略することができる。
【００５４】
なお、上記では、半導体受光素子として、ＰＩＮ構造を有する半導体受光素子を例にとり説明したが、端面入射型の半導体受光素子であれば、ｐｎ接合を有する半導体受光素子でも、アバランシェフォトダイオードでも、その他の半導体受光素子でもよい。また、上記では、本発明を単体の半導体受光素子に適用した例について説明したが、アレーＰＤについても適用できるものである。
【００５５】
（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体受光素子の概略の構造を示す断面図である。図６において、半導体受光素子６００は、上記のｐ−ＩｎＰ層４の代わりにｉ−ＩｎＰ層またはｎ- −ＩｎＰ層からなる半導体層４２が設けられ、半導体層４２の中央領域にｐ型不純物が拡散された領域４３が形成されている。以下、半導体層４２をｉ−ＩｎＰ層とし、領域４３をｐ型不純物拡散領域４３という。
【００５６】
ｐ型不純物拡散領域４３の不純物濃度は、上記のｐ−ＩｎＰ層４の不純物濃度と同じオーダーである。また、ｐ型不純物拡散領域４３は、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層３と接するか、または、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層３に及ぶものとするが、光電変換部５２（図６参照）の端面には及ばないものとする。そして、ｐ型不純物拡散領域４３と、ｉ−ＩｎＧａＡｓ層３およびｐ型不純物拡散領域４３の周囲のｉ−ＩｎＰ層との境界領域にｐｎ接合が形成される。このように構成することによって、ｐｎ接合は光電変換部５２の端面に露出しない構造となっている。
【００５７】
以下、ｐ型不純物拡散領域４３の形成方法について、図７を用いて説明する。図７は、ｐ型不純物拡散領域４３の形成方法を説明するための工程図である。ｐ型不純物拡散領域４３の形成は、まず、ＳｉＮｘの膜をｉ−ＩｎＰ層用のエピタキシャル膜Ｌ４２上に堆積し、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術等を用いて、上記のＳｉＮｘの膜をエッチングし、所定の形状の窓を有するマスク７１を形成する（図７（ａ）参照）。
【００５８】
次に、上記のＳｉＮｘのマスク７１を用いて、ｉ−ＩｎＰ層用のエピタキシャル膜Ｌ４２の表面直下の不純物濃度が、例えば、１〜５×１０１８（ｃｍ−３）程度となるように不純物を拡散させる（図７（ｂ）参照）。ここで、拡散は気相中で熱拡散によって行うものとし、Ｚｎを拡散させる不純物として用いるのが好適である。気相中でのＺｎの熱拡散は公知であり、その説明は省略する。最後に、ＳｉＮｘからなるマスク７１を除去してｐ型不純物拡散領域４３が形成される（図７（ｃ）参照）。
【００５９】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る半導体受光素子は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体受光素子の効果に加え、ｐ型不純物拡散領域を設け、光電変換部中のｐｎ接合が光電変換部の端面に及ばないまたは露出しないため、光電変換部の端面近傍の欠陥により発生する暗電流を低減することができる。
【００６０】
なお、上記の各実施の形態において、ｎ−ＩｎＰ層２と半導体基板１との界面位置を水平テラス部１４位置としたが、界面位置は、これに限定されるものではなく、例えば、界面位置が傾斜部の途中に形成される構造でも、光電変換部５の一部に形成される構造でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る半導体受光素子は、従来の導波路型半導体受光素子よりも、へきかいにより発生するダメージが光電変換部に及びにくいと共に、光信号を基板側から斜めに入射させて使用する場合でも半導体層側から斜めに入射させて使用する場合や半導体層に平行に入射させて使用する場合と同程度に効率的に光信号を入射させることができるという効果が有用な半導体受光素子等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体受光素子の概略の構造を示す断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る半導体受光素子（傾斜テラス部上に保護膜が存在しない構造）の受光面の形成、素子分離等について説明するための工程図
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る半導体受光素子（傾斜テラス部上に保護膜が存在しない構造）の受光面の形成、素子分離等について説明するための工程図
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体受光素子（傾斜テラス部を保護膜が覆う構造）の受光面の形成、素子分離等について説明するための工程図
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る半導体受光素子（傾斜テラス部を保護膜が覆う構造）の受光面の形成、素子分離等について説明するための工程図
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体受光素子の概略の構造を示す断面図
【図７】ｐ型不純物拡散領域４３の形成方法を説明するための工程図
【図８】従来の半導体受光素子の構造を示す断面図
【符号の説明】
【００６３】
１  半導体基板
２  ｎ−ＩｎＰ層
３  ｉ−ＩｎＧａＡｓ層（光吸収層）
４  ｐ−ＩｎＰ層
５、５２  光電変換部
６、８８  ｐ電極
７、７'  保護膜
８、８９  ｎ電極
１１  光信号
１２  受光面
１３  傾斜テラス部
１４  水平テラス部
２１、２５  マスク
２２、２６  パッシベーション膜
２３  保護用レジスト膜
４２  半導体層
８１  半絶縁性ＩｎＰ基板
８２  ｎ+−ＩｎＰバッファ層
８３  ｎ+−ＩｎＧａＡｓＰ中間屈折率層
８４  光吸収層
８５  ｐ+−ＩｎＧａＡｓＰバンド不連続緩和層
８６  ｐ+−ＩｎＰクラッド層
８７  ｐ+−ＩｎＧａＡｓコンタクト層
１００、６００、８００  半導体受光素子
Ｌ２  ｎ−ＩｎＰ層用のエピタキシャル膜
Ｌ３  ｉ−ＩｎＧａＡｓ層用のエピタキシャル膜
Ｌ４  ｐ−ＩｎＰ層用のエピタキシャル膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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